本发明专利技术公开了一种基于ＧＰＳ软件接收机的ＧＰＳ硬件接收机动态环境性能测试系统，该系统通过三轴转台提供动态环境参数Ｄｉｎ，然后用中频采样器对安装在三轴转台上的天线所获取的卫星信息进行采样后，输出中频信息Ｒ（ｔｋ），最后通过ＧＰＳ软件接收机、Ｄ－ＰＬＬ－Ｐ模型和Ｄ－ＰＬＬ－Ｆ模型进行解析，从而复现出ＧＰＳ硬件接收机在动态环境下造成的失锁、输出精度低的问题，并且复现出的各个参数能够为ＧＰＳ硬件接收机的设计提供指导。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种对GPS接收机的性能参数进行测试的系统，更特别地说，是指一种在三轴转台提供的动态环境下，对获得的GPS软件接收机输出的性能参数进行复现GPS硬件接收机性能参数的系统。
技术介绍
全球定位系统GPS(Global Positioning System)是基于卫星的导航定位系统，在军事和民用中有着广泛的应用。 传统GPS接收机(也称为GPS硬件接收机)基于专用硬件(ASIC)，具有较高的灵敏度和信号处理速度，但是灵活性差，定型后便无法改动。 GPS软件接收机是利用通用处理器(即计算机或DSP芯片或FPGA芯片或单片机)，对实时采集的GPS信号进行处理和计算。其优点为具有高度的灵活性可以方便地研究和实现新算法；也可以容易地对软件进行修改来适应未来的GPS信号，节约硬件成本。 为了保证GPS硬件接收机在动态环境下应用的可靠性和精度，需要对GPS硬件接收机在动态环境下的性能进行测试。 目前，对动态环境下GPS性能进行测试的方法主要有基于计算机的仿真或者信号模拟器的室内测试，这两种测试手段采用的GPS接收机导航数据是模拟产生的，而GPS接收机的实际工作环境比较复杂，有些因素不可重复和预见，此种测试方法不能完全复现真实动态条件下的复杂环境。再一种是基于动态检测平台的性能测试，该测试手段主要是针对强信号(PDOP值小于2.0)下低动态(厘米级、亚米级动态)情况下差分GPS定位的精度进行研究，对动态环境下跟踪性能并没有进行讨论。还有一种就是基于跑车或试飞实验的室外动态测试，该测试手段在试飞实验中，因为实验设备的限制，没有办法实现较高的加速度和加加速度，且成本很高，对于高空中运行载体，也没有精度高于卫星导航的其他导航方法，对卫星导航性能的测试结果的评价较为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于GPS软件接收机的GPS硬件接收机动态环境性能测试系统，该系统通过三轴转台提供动态环境参数Din，然后用中频采样器对安装在三轴转台上的天线所获取的卫星信息进行采样后，输出中频信息R(tk)，最后通过GPS软件接收机、D-PLL-P模型和D-PLL-F模型进行解析，从而复现出GPS硬件接收机在动态环境下造成的失锁、输出精度低的问题，并且复现出的各个参数能够为GPS硬件接收机的设计提供指导。 本专利技术是一种基于GPS软件接收机的GPS硬件接收机动态环境性能测试系统，包括有计算机、硬件测试平台和参数复现模块(1)，参数复现模块(1)存储在计算机的硬盘中。 所述的硬件测试平台包括有三轴转台(2)、天线(3)、中频采样器(4)，天线(3)安装在三轴转台(2)的内框上，天线(3)与计算机之间设置有中频采样器(4)；天线(3)用于接收导航卫星发射的L1频带信号RL1，并将该L1频带信号RL1输出给中频采样器(4)，中频采样器(4)对接收到的L1频带信号RL1进行下变频和采样处理，从而输出中频信号R(tk)给参数复现模块(1)； 所述的参数复现模块(1)包括有动态环境参数记录单元(30)、信噪比提取单元(11)、GPS软件接收机(12)、D-PLL-P模型(10)和D-PLL-F模型(20)；D-PLL-P模型(10)包括有热噪声标误差计算模块(101)、接收机加速度计算模块(102)、加加速度计算模块(103)、动态相位误差计算模块(104)和跟踪信息融合模块(105)；D-PLL-F模型(20)包括有接收机位置计算模块(201)、速度计算模块(202)、地球-地理坐标系转换模块(203)、方位和俯仰角计算模块(204)、相对速度计算模块(205)、多普勒计算模块(206)和精度信息融合模块(207)； 动态环境参数记录单元(30)通过在计算机的显示器上以框图参数的形式展现给用户； 信噪比提取单元(11)采用PRM方法对接收到的中频信号R(tk)进行处理，获得载噪比 输出给D-PLL-P模型(10)； GPS软件接收机(12)首先采用基于锁相环的跟踪方式对接收到的中频信号R(tk)进行处理，分别获得载波相位估计值 积分累加求和时间T、噪声带宽Bn、锁相环环路阶数n、锁相环环路固有频率ωn、锁相环环路阻尼系数ξ、多普勒频移估计值fdop和导航电文Dnav；然后GPS软件接收机(12)输出载波相位估计值 积分累加求和时间T，噪声带宽Bn，锁相环环路阶数n，锁相环环路固有频率ωn和锁相环环路阻尼系数ξ给D-PLL-P模型(10)；GPS软件接收机(12)输出多普勒频移估计值fdop、卫星位置SS(xs，ys，zs)和卫星速度VS(vsx，vsy，vsz)给D-PLL-F模型(20)； D-PLL-P模型(10)能够克服GPS硬件接收机无法输出跟踪环路内部参量的问题，从GPS软件接收机跟踪环路内部参数对失锁现象进行分析和测试，利用GPS软件接收机对GPS硬件接收机进行了复现，能够准确的分析动态环境下的GPS硬件接收机跟踪性能； D-PLL-F模型(20)能够克服GPS硬件接收机无法输出跟踪环路内部参量的问题，从GPS软件接收机跟踪环路内部参数对精度下降现象进行分析和测试，利用GPS软件接收机对GPS硬件接收机进行了复现，能够准确的分析动态环境下的GPS硬件接收机精度性能。 本专利技术是一种基于GPS软件接收机的GPS硬件接收机动态环境性能测试系统，该系统的优点在于 ①本专利技术提出的测试系统能够在地面条件下对GPS的可用性和精度进行测试，省时省力，并且大大降低了测试成本。 ②本专利技术提出的测试系统利用三轴转台提供动态环境(俯仰、横滚、航向)，能够为天线在动态环境下接收卫星信号提供动态基础。 ③本专利技术设置的中频采样器将动态环境下的天线输出信号进行处理，从而输出中频信息R(tk)给GPS软件接收机、D-PLL-P模型和D-PLL-F模型。 ④本专利技术采用GPS软件接收机对中频信息R(tk)进行分析，在分析过程中能够显示跟踪环路内部各参量，复现了GPS硬件接收机无法提供内部各运行参量。 ⑤本专利技术D-PLL-P模型的设计是基于相位误差分析方法，在对各路信息的处理中，充分考虑了动态环境、噪声和相位误差的关系。 ⑥本专利技术D-PLL-F模型的设计是基于多普勒频移误差的分析方法，在对各路信息的处理中，充分考虑了动态环境、接收机位置和多普勒频移误差的关系。 ⑦本专利技术从整体系统来看，利用接收到的真实卫星信号数据进行测试，并由三轴转台提供动态环境，能够较好地复现真实的动态环境下的运行状况。 ⑧本专利技术设计的测试系统从接收机跟踪环路为基础进行内部参数显示，并对接收机的可用性和精度进行分析。对分析得到的评价参数能够对GPS硬件接收机的改进提出合理的指导参数。 附图说明 图1是本专利技术基于GPS软件接收机的GPS硬件接收机动态环境性能测试系统的结构框图。 图2是三轴转台的结构简示图。 图3是本专利技术参数复现模块的结构框图。 图4是本专利技术参数复现模块中D-PLL-P模型的结构框图。 图5是本专利技术参数复现模块中D-PLL-F模型的结构框图。 图6是本专利技术参数复现模块中动态环境参数记录单元的界面。 图7A是外框转速0度/秒条件下GPS硬件接收机参数对应的载波环相位误差估计值。 图7B是外本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于ＧＰＳ软件接收机的ＧＰＳ硬件接收机动态环境性能测试系统，包括有计算机，其特征在于：还包括有硬件测试平台和参数复现模块（１），参数复现模块（１）存储在计算机的硬盘中；所述的硬件测试平台包括有三轴转台（２）、天线（３）、中频采样器（４），天线（３）安装在三轴转台（２）的内框上，天线（３）与计算机之间设置有中频采样器（４）；天线（３）用于接收导航卫星发射的Ｌ１频带信号Ｒ↓［Ｌ１］，并将该Ｌ１频带信号Ｒ↓［Ｌ１］输出给中频采样器（４），中频采样器（４）对接收到的Ｌ１频带信号Ｒ机跟踪环路内部参数对精度下降现象进行分析和测试，利用ＧＰＳ软件接收机对ＧＰＳ硬件接收机进行了复现，能够准确的分析动态环境下的ＧＰＳ硬件接收机精度性能。↓［Ｌ１］进行下变频和采样处理，从而输出中频信号Ｒ（ｔ↓［ｋ］）给参数复现模块（１）；所述的参数复现模块（１）包括有动态环境参数记录单元（３０）、信噪比提取单元（１１）、ＧＰＳ软件接收机（１２）、Ｄ－ＰＬＬ－Ｐ模型（１０）和Ｄ－ＰＬＬ－Ｆ模型（２０）；Ｄ－ＰＬＬ－Ｐ模型（１０）包括有热噪声标误差计算模块（１０１）、接收机加速度计算模块（１０２）、加加速度计算模块（１０３）、动态相位误差计算模块（１０４）和跟踪信息融合模块（１０５）；Ｄ－ＰＬＬ－Ｆ模型（２０）包括有接收机位置计算模块（２０１）、速度计算模块（２０２）、地球－地理坐标系转换模块（２０３）、方位和俯仰角计算模块（２０４）、相对速度计算模块（２０５）、多普勒计算模块（２０６）和精度信息融合模块（２０７）；动态环境参数记录单元（３０）通过在计算机的显示器上以框图参数的形式展现给用户；信噪比提取单元（１１）采用ＰＲＭ方法对接收到的中频信号Ｒ（ｔ↓［ｋ］）进行处理，获得载噪比Ｃ／Ｎ↓［０］输出给Ｄ－ＰＬＬ－Ｐ模型（１０）；ＧＰＳ软件接收机（１２）首先采用基于锁相环的跟踪方式对接收到的中频信号Ｒ（ｔ↓［ｋ］）进行处理，分别获得载波相位估计值Δφ、积分累加求和时间Ｔ、噪声带宽Ｂ↓［ｎ］、锁相环环路阶数ｎ、锁相环环路固有频率ω↓［ｎ］、锁相环环路阻尼系数ξ、多普勒频移估计值ｆ↓［ｄｏｐ］和导航电文Ｄ↓［ｎａｖ］；然后ＧＰＳ软件接收机（１２）输出载波相位估计值Δφ，积分累加求和时间Ｔ，噪声带宽Ｂ↓［ｎ］，锁相环环路阶数ｎ，锁相环环路固有频率ω↓［ｎ］和锁相环环路阻尼系数ξ给Ｄ－ＰＬＬ－Ｐ模型（１０）；ＧＰＳ软件接收机（１２）输出多普勒频移估计值ｆ↓...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：富立，王君，王玲玲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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